
【化】 Newtonian fluid
Newton
【化】 newton
fluid; liquid; water
【化】 fluid
牛顿流体(Newtonian Fluid)是流体力学中基于本构方程定义的理想化流体模型,其核心特征为剪切应力与剪切速率呈线性正比关系,且比例系数为恒定粘度值。该定义源于艾萨克·牛顿在1687年《自然哲学的数学原理》中提出的流体运动定律,数学表达式为:
$$ tau = mu cdot frac{du}{dy} $$
其中$tau$表示剪切应力,$mu$为动力粘度,$frac{du}{dy}$是速度梯度(剪切速率)。典型实例包括水(粘度为0.001 Pa·s,20℃)、空气和甘油。这类流体在管道输送(如输油管道设计)、食品加工(牛奶巴氏杀菌)和生物医学工程(血液模拟实验)等领域具有重要应用。
与触变性流体不同,牛顿流体的粘度不受剪切持续时间影响,且在稳定温度下保持恒定。美国国家标准与技术研究院(NIST)的流变学数据库显示,约80%常见流体符合牛顿流体特性。最新研究通过微流控技术验证了该模型在纳米尺度流动中的有效性(参见《物理评论流体》2024年6月刊)。
牛顿流体是符合牛顿黏性定律的流体,其特性与日常生活和工程应用密切相关。以下是详细解释:
1. 定义与数学表达 牛顿流体的剪应力(τ)与剪切速率(du/dy)呈线性关系,公式为: $$ τ = μ cdot frac{du}{dy} $$ 其中μ为动力黏度,单位为Pa·s。黏度仅受温度和压力影响,与流动状态无关。
2. 核心特性
3. 常见实例
4. 应用领域
对比延伸:非牛顿流体(如血液在高剪切速率下呈现的剪切稀化特性)需用幂律方程描述,其黏度随剪切速率变化,这与牛顿流体形成鲜明区别。
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